JavaScript中的垃圾回收：分代收集与内存管理策略

描述
在JavaScript中，垃圾回收（Garbage Collection）是自动内存管理的关键机制。分代收集（Generational Collection）是现代JavaScript引擎（如V8）采用的核心策略，它基于"大多数对象生存时间很短"的观察，将内存分为不同代际并采用不同的回收策略。

知识详解

1. 分代假说基础

• 观察现象：大多数对象在创建后很快变得不可达
• 数据支持：98%的对象在第一次GC时就会被回收
• 设计意义：基于此假说，将内存分为不同代际可优化回收效率

2. 内存分代结构

堆内存结构：
┌─────────────────────────────────────────┐
│             新生代（New Space）          │
│  ┌─────────────┬─────────────┐         │
│  │   From空间   │   To空间    │         │
│  └─────────────┴─────────────┘         │
├─────────────────────────────────────────┤
│             老生代（Old Space）          │
├─────────────────────────────────────────┤
│             大对象空间（Large Object）    │
├─────────────────────────────────────────┤
│             代码空间（Code Space）       │
└─────────────────────────────────────────┘

3. 新生代回收（Scavenge算法）
步骤1：空间划分

• From空间：当前活跃对象所在区域
• To空间：空闲区域，用于复制存活对象

步骤2：对象分配

// 新创建的对象首先进入新生代From空间
function createUser() {
    return { name: "John", age: 25 }; // 分配在新生代
}
const user = createUser();

步骤3：垃圾回收过程

初始状态：
From空间: [对象A, 对象B, 对象C]（部分已死亡）
To空间: [空]

回收过程：
1. 扫描From空间，标记存活对象（如对象A、对象C）
2. 将存活对象复制到To空间
3. 清空From空间，交换From和To角色

最终状态：
From空间: [空]（新的To空间）
To空间: [对象A, 对象C]（新的From空间）

步骤4：晋升机制

• 对象经历一次GC后存活 ⇒ 晋升到老生代
• To空间使用率超过25% ⇒ 直接晋升到老生代

4. 老生代回收（标记-清除与标记-整理）
标记-清除算法：

// 模拟标记过程
function markLiveObjects() {
    const roots = [global, stackFrames]; // 从根对象开始
    const visited = new Set();
    
    function traverse(obj) {
        if (!obj || visited.has(obj)) return;
        
        visited.add(obj);
        obj.__marked__ = true; // 标记为存活
        
        // 递归标记引用对象
        for (const ref of getReferences(obj)) {
            traverse(ref);
        }
    }
    
    roots.forEach(traverse);
}

标记-整理算法：

整理前内存布局：
[存活对象A][垃圾][存活对象B][垃圾][存活对象C]

整理过程：
1. 标记所有存活对象
2. 将存活对象向一端移动
3. 清理边界外内存

整理后布局：
[存活对象A][存活对象B][存活对象C][空闲空间]

5. 增量标记与并发回收
增量标记优化：

• 问题：全堆标记会导致页面卡顿
• 解决方案：将标记过程分解为多个小步骤
• 实现：使用三色标记法（白→灰→黑）

并发回收策略：

• 主线程：JavaScript执行
• 辅助线程：并发进行垃圾回收
• 写屏障（Write Barrier）：确保并发时的数据一致性

6. 内存管理最佳实践

// 避免内存泄漏的实践
class Component {
    constructor() {
        this.handlers = new WeakMap(); // 使用WeakMap避免强引用
    }
    
    setupListeners() {
        const element = document.getElementById('btn');
        // 好的做法：使用弱引用
        this.handlers.set(element, () => this.handleClick());
        element.addEventListener('click', this.handlers.get(element));
        
        // 坏的做法：创建强引用循环
        // element._component = this; // 可能导致内存泄漏
    }
    
    teardown() {
        // 明确清理引用
        this.handlers = null;
    }
}

7. 监控与调试

// 使用Performance API监控内存
function monitorMemory() {
    if (performance.memory) {
        console.log(`已使用堆: ${(performance.memory.usedJSHeapSize / 1048576).toFixed(2)}MB`);
        console.log(`堆大小限制: ${(performance.memory.jsHeapSizeLimit / 1048576).toFixed(2)}MB`);
    }
}

// 强制触发GC（仅开发环境）
function triggerGC() {
    if (global.gc) {
        global.gc();
    }
}

总结
分代收集通过区分对象生命周期优化了回收效率，新生代使用高效的Scavenge算法快速回收短期对象，老生代使用标记-清除/整理算法处理长期存活对象。结合增量标记和并发回收，现代JavaScript引擎能够在保证性能的同时有效管理内存。